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    在過(guò)去60年中，石英晶振是時(shí)鐘市場(chǎng)的主流技術(shù)，但其受到石英材料和傳統(tǒng)制造工藝的限制，越來(lái)越難以滿足目前微型化電子系統(tǒng)的需求。微納技術(shù)制備的硅基的MEMS諧振器具有易于系統(tǒng)集成、高性能、成本低等優(yōu)勢(shì)，在生產(chǎn)工藝和組件結(jié)構(gòu)上，更符合現(xiàn)代電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，是對(duì)石英產(chǎn)品的升級(jí)換代，將帶來(lái)巨大的市場(chǎng)變革?；贛EMS諧振器可以開發(fā)出各種射頻器件，如高性能振蕩器、窄帶濾波器、混頻器等，其具有優(yōu)秀的器件特性和集成化、低成本的優(yōu)勢(shì)，滿足新型射頻系統(tǒng)的需求。MEMS振蕩器正以120%的年增長(zhǎng)率，逐漸取代石英晶體振蕩器。與石英晶體相比，MEMS振蕩器的封裝很小，而且價(jià)格相對(duì)更實(shí)惠，特別適合消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車電子領(lǐng)域。開始占據(jù)石英晶振中端產(chǎn)品的市場(chǎng)，正在逐漸向高端和低端產(chǎn)品市場(chǎng)擴(kuò)展。目前全球時(shí)脈市場(chǎng)規(guī)模達(dá)50億美元，MEMS振蕩器正處于起步階段，市場(chǎng)占有率在4%左右，但年復(fù)合成長(zhǎng)率高，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?
目前中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所掌握了高性能MEMS振蕩器從器件設(shè)計(jì)、加工，到后端封裝測(cè)試及外圍驅(qū)動(dòng)電路的整套成熟技術(shù)。采用微納加工技術(shù)大規(guī)模制作了射頻MEMS諧振器，具有基頻覆蓋MHz到GHz，Q值大于8000等性能優(yōu)勢(shì)，真空鍵合封裝后器件Q值可大于10000。還利用MEMS諧振器構(gòu)建高Q值點(diǎn)阻濾波器，耦合超窄帶濾波器等器件，百分比帶寬小于1%。與振蕩電路電路集成構(gòu)成高性能MEMS振蕩器，具有低相位噪聲，高線性頻率溫度特性，優(yōu)秀的穩(wěn)定度，短期穩(wěn)定性達(dá)到±0.5 ppm。這些性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
項(xiàng)目課題來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“集成高性能微納機(jī)電射頻諧振器件研究”，項(xiàng)目號(hào)61234007，總經(jīng)費(fèi)310萬(wàn)元，執(zhí)行年限2013年1月-2017年12月。

    微納射頻MEMS諧振器件是基于微機(jī)械諧振原理和硅基集成加工技術(shù)制備的新型諧振器件，如MEMS諧振器、MEMS振蕩器、MEMS濾波器等，作為重要的時(shí)鐘器件和頻率控制器件廣泛應(yīng)用于所有電子系統(tǒng)中。傳統(tǒng)石英晶體振蕩器采用石英材料切割加工制備，器件難以微型化、集成化且成本較高。在硅基集成電路發(fā)展的趨勢(shì)下，石英晶體振蕩器將被取代。而MEMS諧振器、振蕩器采用硅材料制備，具有可集成、微型化、低功耗等優(yōu)勢(shì)，是取代石英晶振的重要技術(shù)。隨著電子行業(yè)對(duì)MEMS振蕩器接受度的提升，MEMS振蕩器產(chǎn)品將迎來(lái)爆發(fā)性的增長(zhǎng)。
微納射頻MEMS諧振器件在器件原理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備工藝、驅(qū)動(dòng)電路等方面與傳統(tǒng)器件有本質(zhì)的區(qū)別。中科院半導(dǎo)體所具有新型MEMS諧振器、振蕩器、濾波器等從器件設(shè)計(jì)、微納加工工藝、到后端封裝測(cè)試及驅(qū)動(dòng)電路的整套自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利。

    國(guó)內(nèi)尚未有MEMS諧振器、振蕩器等產(chǎn)品，微納MEMS諧振器件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝制備和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)等方面具有很高的技術(shù)難度，需要長(zhǎng)期的研究積累才能突破，有很高的技術(shù)壁壘，在技術(shù)上難以被復(fù)制。中科院半導(dǎo)體所國(guó)內(nèi)首家采用微納加工技術(shù)大規(guī)模制作了射頻MEMS諧振器件，基頻覆蓋MHz到GHz，具有高基頻，多頻率，Q值大于8000等性能優(yōu)勢(shì)，真空鍵合封裝后器件Q值可達(dá)到11000。與振蕩電路電路集成構(gòu)成高性能MEMS振蕩器，具有高性能驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低相位噪聲，高線性頻率溫度特性，優(yōu)秀的穩(wěn)定度。

    由于微納MEMS諧振器件采用硅基材料制備，兼容集成電路加工工藝，可轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體代工廠和MEMS代工廠進(jìn)行批量化制備，可實(shí)現(xiàn)成本的大幅下降，同時(shí)具有高頻、高Q、可集成、低功耗等優(yōu)勢(shì)，相比現(xiàn)在的石英諧振器件的加工成本和性能，有很大的優(yōu)勢(shì)。將大幅占領(lǐng)傳統(tǒng)石英晶振市場(chǎng)份額，較大的利潤(rùn)空間。

    中科院半導(dǎo)體研究所楊晉玲研究員具有15年以上的MEMS器件和產(chǎn)品的研發(fā)和項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)。有多年微納技術(shù)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，依托中科院半導(dǎo)體所的科技平臺(tái)，獲得了國(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部973項(xiàng)目等資助，研發(fā)經(jīng)費(fèi)近千萬(wàn)元。長(zhǎng)期開發(fā)了多種新型MEMS諧振器和振蕩器，性能和國(guó)外產(chǎn)品相當(dāng)，部分指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品。申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利24項(xiàng)，十余項(xiàng)授權(quán)。具有雄厚的技術(shù)儲(chǔ)備。研究團(tuán)隊(duì)由多名副研和助研構(gòu)成，長(zhǎng)期進(jìn)行MEMS諧振器件的技術(shù)開發(fā)，具有很強(qiáng)的持續(xù)創(chuàng)新能力。

    近年來(lái)，以美國(guó)斯坦福和伯克利大學(xué)為代表的研究機(jī)構(gòu)在射頻諧振MEMS器件方面取得很大進(jìn)展。成功研制了工作在1.5 GHz、Q值大于10000的MEMS諧振器，并在此基礎(chǔ)上研制了射頻濾波器和振蕩器。美國(guó)Sitime公司為代表的國(guó)外MEMS器件企業(yè)，推出了 MEMS振蕩器產(chǎn)品，出貨量正大幅增長(zhǎng)。本項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)高性能MEMS諧振器、振蕩器等射頻諧振電子器件的規(guī)?；苽?，打破國(guó)外公司的技術(shù)壟斷。擁有高頻率、高Q值MEMS諧振器件的設(shè)計(jì)、加工、封裝、測(cè)試等整套技術(shù)。大規(guī)模、高成品率的制備了多種新型MEMS圓盤諧振器，成品率大于90%。諧振器可實(shí)現(xiàn)MHz到GHz的頻率輸出，Q值大于10000，可直接轉(zhuǎn)移代工廠進(jìn)行批量生產(chǎn)。諧振器和高穩(wěn)定性驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)MEMS振蕩器，具有高穩(wěn)定性、低噪聲、低功耗等特性。振蕩器短期頻率穩(wěn)定度達(dá)到± 0.5 ppm，中期穩(wěn)定度為 ± 4 ppm。艾倫方差噪底為0.01 ppm，MEMS振蕩器的近載波相位噪聲可以與一般的石英晶振（幾十個(gè)ppb）相比。振蕩器相位噪聲在10 kHz達(dá)到-128 dBc/Hz，性能與國(guó)際最好指標(biāo)相當(dāng)。MEMS濾波器可實(shí)現(xiàn)超窄帶濾波特性，百分比通帶帶寬小于1%。相比國(guó)外MEMS諧振器件，在器件的頻率、品質(zhì)因子、穩(wěn)定性和加工成本等指標(biāo)上有較大的優(yōu)勢(shì)。MEMS諧振器是對(duì)石英產(chǎn)品的升級(jí)換代，正逐漸取代石英晶體振蕩器。

    射頻MEMS諧振器件作為重要的時(shí)鐘器件廣泛應(yīng)用于所有電子系統(tǒng)中。MEMS振蕩器采用硅材料制備，具有可集成、微型化、低功耗等優(yōu)勢(shì)，是取代石英晶振的重要技術(shù)。近年來(lái)，美國(guó)推出商用MEMS振蕩器等產(chǎn)品，具有高穩(wěn)定性，高集成度等特性，開始在應(yīng)用于消費(fèi)電子行業(yè)和汽車領(lǐng)域，在全球開始占領(lǐng)石英時(shí)鐘器件的市場(chǎng)，對(duì)高端日本石英振蕩器供應(yīng)商帶來(lái)很大沖擊。從2014年至2019年，MEMS振蕩器市場(chǎng)正處于上升期，年增長(zhǎng)率將超過(guò)100%。隨著電子行業(yè)對(duì)MEMS振蕩器接受度的提升，MEMS振蕩器產(chǎn)品將迎來(lái)爆發(fā)性的增長(zhǎng)。
中科院半導(dǎo)體所具有國(guó)內(nèi)最領(lǐng)先的MEMS諧振器件研究水平。開發(fā)了成熟的微納諧振器和加工工藝，設(shè)計(jì)高性能驅(qū)動(dòng)電路，大幅提高器件穩(wěn)定性，具有MHz-GHz的諧振頻率同時(shí)Q值大于10000，其性能與國(guó)外產(chǎn)品相當(dāng)，部分指標(biāo)如基頻、穩(wěn)定性等高于國(guó)外產(chǎn)品。本項(xiàng)目的諧振器件將在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)較大的優(yōu)勢(shì)，計(jì)劃占領(lǐng)國(guó)內(nèi)時(shí)鐘市場(chǎng)30%-50%的份額。

    本項(xiàng)目屬于新型電子元器件的生產(chǎn)制備技術(shù)，擁有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，包括MEMS器件的設(shè)計(jì)、制作、集成封裝生產(chǎn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此在擁有先進(jìn)、可靠的技術(shù)外，低廉的成本也是一大優(yōu)勢(shì)。最終產(chǎn)品的單位成本取決于市場(chǎng)銷量。獲利的模式主要由知識(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)和產(chǎn)品銷售兩種：
1.我們擁有成熟的MEMS諧振器和振蕩器的IP，為用戶的芯片提供可集成的IP核授權(quán)，使其在芯片中集成MEMS振蕩器，以專利使用費(fèi)的形式獲取利潤(rùn)。
2.為低成本產(chǎn)品提供現(xiàn)成的高性能MEMS諧振器和振蕩器，作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售給行業(yè)用戶，取代石英振蕩器，以銷售的模式獲取利潤(rùn)。
3.為高端產(chǎn)品提供高性能的MEMS振蕩器定制服務(wù)，根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)新型振蕩器產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品性能的顯著提升，以服務(wù)和銷售的模式獲取利潤(rùn)。

    MEMS諧振器產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)屬于前沿高新技術(shù)。諧振器、振蕩器等器件可直接取代石英晶振，具有穩(wěn)定的市場(chǎng)需求，可與國(guó)內(nèi)電子元器件分銷商、代理商進(jìn)行合作，在其代理石英晶振的同時(shí)，向客戶推薦MEMS振蕩器產(chǎn)品，提高本項(xiàng)目器件的知名度和影響力，從而達(dá)到一定的市場(chǎng)占有率，開拓國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率較高后，再進(jìn)行國(guó)外市場(chǎng)開發(fā)。MEMS諧振器產(chǎn)品由集成電路代工廠代工制備，集成化、批量化的成本較低，可接近于傳統(tǒng)石英晶振定價(jià)，但性能更優(yōu)。